CN109732212A - 一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机，包含加工平台、拍摄装置、激光器、激光器移动控制架及控制组件，加工平台用于固定被雕刻器件，拍摄装置用于拍摄被雕刻器件，拍摄装置具有摄像头，镜头上装有紫外滤光片；激光器用于发出紫外激光照射被雕刻器件，从而雕刻被雕刻器件；激光器移动控制架用于固定安装激光器，并移动激光器，从而调整激光器的照射位置；控制组件分别电性连接拍摄装置和激光器，用于根据拍摄装置拍摄的图像，调整激光器的焦距。本发明通过拍摄装置拍摄激光器在被雕刻器件上的照射点对应的照射位置，并通过电子组件进行与对焦器之间的距离识别，从而调整对焦器的焦距，如此能够抗激光器扰动，加工精度高。

Description

一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机

技术领域

本发明涉及激光雕刻机领域，尤其涉及一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机。

背景技术

现有二维激光雕刻机大都使用步进电机驱动，在需要加工较高精度的工件时，可能因为种种原因干扰到激光头的运动从而出现加工精度受到影响的情况。传统二维激光雕刻机的运动相当于一个开环系统，无法满足一些对于加工精度要求较高的情况，对于上述激光头受到干扰时，加工精度容易受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对传统二维激光雕刻对于上述激光头受到干扰时，加工精度容易受到影响的技术缺陷，提供了一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机，包含：

加工平台，用于固定被雕刻器件；

拍摄装置，用于拍摄所述被雕刻器件，拍摄装置具有摄像头，镜头上装有紫外滤光片，使只有紫外光才能被摄像头识别；

激光器，用于发出紫外激光照射被雕刻器件，从而雕刻所述被雕刻器件；

激光器移动控制架，用于固定安装所述激光器，并移动所述激光器，从而调整所述激光器的照射位置；

控制组件，分别电性连接拍摄装置和激光器。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，所述摄像头位于被雕刻器件的上方，固定角度进行拍摄。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，所述激光器移动控制架具有水平移动装置和竖直移动装置，以分别在水平方向和竖直方向上移动激光器，从而调整所述激光器的照射位置。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，上述激光器移动控制架具有水平丝杆、竖直丝杆以及一个激光器固定架，水平丝杆的两端分别穿过两侧固定壁上的固定孔而水平设置，水平丝杆穿过激光器固定架以将固定架固定在水平丝杆上，水平丝杆的一端穿过固定孔后连接第二电机的转动轴，第二电机用于在转动时带动水平丝杆在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架在水平方向上移动；

激光器固定架的中间部分在竖直方向是中空的，上、下方均具有固定壁，竖直丝杆位于中空的部分，上、下端分别穿过上、下方的具有固定壁的固定孔，竖直丝杆在所述中空部分对应处上固定一滑台，滑台上固定所述激光器，水平丝杆的一端穿过固定孔后连接第一电机的转动轴，第一电机用于在转动时带动竖直丝杆在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架在竖直方向上移动。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，第一电机和第二电机分别连接电机驱动器，电机驱动器连接所述控制组件，以在控制组件的控制下，控制所述第一电机和第二电机的工作状态。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，激光器的照射方向为：朝向被雕刻器件进行照射，且与竖直向下方向成一锐角。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，所述激光器具有对焦器。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，所述控制组件用于根据拍摄装置拍摄的图像，识别出激光器的照射点对应的照射位置，并根据对焦器与所述照射位置之间的距离，从而调整对焦器的焦距。

进一步地，在本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，对焦器与所述照射位置之间的距离ΔL通过下述公式计算得出：

其中，公式中参数定义如下：在地面坐标系中，激光对焦器的空间位置坐标为(x₁,y₁,z₁),其中y₁为基于视觉伺服的二维激雕刻机结构所确定的定值，x₁,y₁分别随着水平、竖直方向的丝杆运动而改变，激光投影点的空间位置坐标为(x₂,y₂,z₂)，y₂的值由拍摄装置识别照射位置实时获取，且激光器朝向被雕刻器件进行照射，且与竖直向下方向成一锐角a。

实施本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，具有以下有益效果：利用本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，通过拍摄装置拍摄激光器在被雕刻器件上的照射点对应的照射位置，并通过电子组件进行与对焦器之间的距离识别，从而调整对焦器的焦距，使之能够抗激光器扰动，加工精度高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机一实施例的主视图；

图2是激光器及激光器移动控制架的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的简图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，其为本发明的基于视觉伺服的二维激光雕刻机一实施例的主视图。在本实施例中，该基于视觉伺服的二维激光雕刻机包含加工平台1、拍摄装置2、激光器3、激光器移动控制架4以及控制组件。加工平台1用于固定被雕刻器件(如板材)；拍摄装置2用于拍摄所述被雕刻器件，拍摄装置2具有摄像头以及摄像头固定杆，镜头上装有紫外滤光片，使只有紫外光才能被摄像头识别，摄像头通过固定杆固定于被雕刻器件(也即加工平台)的上方，固定角度进行拍摄。激光器3用于发出紫外激光照射被雕刻器件，从而雕刻所述被雕刻器件。激光器移动控制架4用于固定安装激光器3，并移动激光器3，从而调整激光器3的照射位置；控制组件分别电性连接拍摄装置2和激光器3，激光器31具有对焦器31。

激光器3可以射出一簇紫色激光，通过安装在激光器前段的对焦器汇聚在放置于加工平台上的加工工件上，产生烧灼的效果，用于在所需加工的板材上烧灼出所需图形，根据激光器3的激光头和激光投影点的距离不同，控制组件控制对焦器31对焦从而进行有效的工作。在拍摄装置2的镜头上装有紫外滤光片，只有紫外光才能被摄像头识别，摄像头以200fps的帧率工作，将画面实时回传给控制组件，控制组件中软件对图像进行处理，运算得到激光投影点在加工平面坐标系中的位置，将这一位置信息与所述照射位置之间的距离，从而调整对焦器的焦距。

激光器3安装在激光器移动控制架4的运动平台上，激光控制架4可以拖动激光器3沿水平及竖直方向运动，即激光器移动控制架4具有水平移动装置和竖直移动装置，以分别在水平方向和竖直方向上直线移动激光器3，从而调整所述激光器3的照射位置。

同时参考图2、图3，激光器移动控制架4具有水平丝杆41、竖直丝杆42以及一个激光器固定架43，水平丝杆41的两端分别穿过两侧固定壁44上的固定孔而水平设置，水平丝杆41穿过激光器固定架41以将固定架固定在水平丝杆41上，水平丝杆41的一端穿过左方固定孔后连接第二电机45的转动轴，第二电机45用于在转动时带动水平丝杆41在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架43在水平方向上移动；

激光器固定架43的中间部分在竖直方向是中空的，上、下方均具有固定壁46，在本实施例中，激光器固定架43具有上、下、左、右四块侧壁。竖直丝杆42位于中空的部分，上、下端分别穿过上、下方的具有固定壁46的固定孔，竖直丝杆42在所述中空部分对应处上固定一滑台47，滑台47上固定所述激光器3，水平丝杆41的一端穿过上方的固定孔后连接第一电机48的转动轴，第一电机48用于在转动时带动竖直丝杆42在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架43在竖直方向上移动。第一电机48和第二电机45分别连接电机驱动器，电机驱动器连接所述控制组件，以在控制组件的控制下，控制第一电机48和第二电机45的工作状态。第一电机48和第二电机45可以采用步进电机。

同时参考图4，在本实施例的基于视觉伺服的二维激光雕刻机中，激光器3的照射方向为：朝向被雕刻器件进行照射，且与竖直向下方向成一锐角a，在本实施例中为60度。

对焦器31可以将激光器3发出的激光束对焦使其汇聚于一点，其具有一可以根据需要改变的焦距Δf，在激光器3沿竖直方向进行运动时，激光器3到激光投影点(在被雕刻器件上的投影)的距离会发生变化，需要根据距离的不同改变焦距从而使激光汇聚的位置始终在所需要加工的位置，激光对焦器到加工位置的距离为ΔL，在地面坐标系中，激光对焦器的空间位置为(x₁,y₁,z₁),其中y₁为一定值，x₁、y₁分别随水平、竖直方向的丝杆运动而改变(Y轴沿着激光器水平方向，X轴与Y轴垂直且二者所在的平面水平)。激光投影点的空间位置为(x₂,y₂,z₂)，由于加工平面水平所以z₂为一常数，二者坐标有以下关系：

x₂＝x₁；

|y₁-y₂|＝|z₁-z₂|tana；

可变焦距Δf应始终等于ΔL，由以上坐标不难得到ΔL实际值：

进一步求出ΔL与激光投影点坐标(x₂,y₂,z₂)之间的关系如下：

其中y₁为雕刻机结构所确定的定值，不难发现ΔL仅由y₂所决定。通过摄像头识别激光投影点位置便可以实时获取y₂的值，从而获取最优的ΔL，进而调整激光对焦器使Δf＝ΔL。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，包含：

加工平台，用于固定被雕刻器件；

拍摄装置，用于拍摄所述被雕刻器件，拍摄装置具有摄像头，镜头上装有紫外滤光片，使只有紫外光才能被摄像头识别；

激光器，用于发出紫外激光照射被雕刻器件，从而雕刻所述被雕刻器件；

激光器移动控制架，用于固定安装所述激光器，并移动所述激光器，从而调整所述激光器的照射位置；

控制组件，分别电性连接拍摄装置和激光器，用于根据拍摄装置拍摄的图像，调整激光器的焦距。

2.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，所述摄像头位于被雕刻器件的上方，固定角度进行拍摄。

3.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，所述激光器移动控制架具有水平移动装置和竖直移动装置，以分别在水平方向和竖直方向上移动激光器，从而调整所述激光器的照射位置。

4.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，所述激光器移动控制架具有水平丝杆、竖直丝杆以及一个激光器固定架，水平丝杆的两端分别穿过两侧固定壁上的固定孔而水平设置，水平丝杆穿过激光器固定架以将固定架固定在水平丝杆上，水平丝杆的一端穿过固定孔后连接第二电机的转动轴，第二电机用于在转动时带动水平丝杆在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架在水平方向上移动；

激光器固定架的中间部分在竖直方向是中空的，上、下方均具有固定壁，竖直丝杆位于中空的部分，上、下端分别穿过上、下方的具有固定壁的固定孔，竖直丝杆在所述中空部分对应处上固定一滑台，滑台上固定所述激光器，水平丝杆的一端穿过固定孔后连接第一电机的转动轴，第一电机用于在转动时带动竖直丝杆在固定孔内旋进或旋出，从而带动激光器固定架在竖直方向上移动。

5.根据权利要求4所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，第一电机和第二电机分别连接电机驱动器，电机驱动器连接所述控制组件，以在控制组件的控制下，控制所述第一电机和第二电机的工作状态。

6.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，激光器的照射方向为：朝向被雕刻器件进行照射，且与竖直向下方向成一锐角。

7.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，所述激光器具有对焦器。

8.根据权利要求7所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，所述控制组件用于根据拍摄装置拍摄的图像，识别出激光器在被雕刻器件上的照射点对应的照射位置，并根据对焦器与所述照射位置之间的距离，从而调整对焦器的焦距。

9.根据权利要求8所述的基于视觉伺服的二维激光雕刻机，其特征在于，对焦器与所述照射位置之间的距离ΔL通过下述公式计算得出：

其中，公式中参数定义如下：在地面坐标系中，激光对焦器的空间位置坐标为(x₁,y₁,z₁),其中y₁为基于视觉伺服的二维激雕刻机结构所确定的定值，x₁,y₁分别随着水平、竖直方向的丝杆运动而改变，激光投影点的空间位置坐标为(x₂,y₂,z₂)，y₂的值由拍摄装置识别照射位置实时获取，且激光器朝向被雕刻器件进行照射，且与竖直向下方向成一锐角a。